光推动

更新时间:2023-07-31 22:07

光推动是指在高于某特定频率的电磁波照射下,某些特定物质会克服自身重力和其它阻力而产生一定的运动,即将光能转换为动能。

发展历史

俄国科学家列别捷夫,美国科学家尼科尔、霍尔用实验方法测量了光束产生的推力。1895年,俄国科学家列别捷夫在一只密封玻璃泡内吊一根细悬丝,在它下面挂几对薄而且很轻的翅膀,其中一边全涂黑色,另外一边的则是全光亮,当用光束照射它们时,发现这个悬挂体发生回转,说明产生了光推动现象,而且,根据回转的角度,量出了光束产生的推力数值。1901年列别捷夫在实验上观察到了光压现象,1909年德拜在他的关于辐射压力的博士论文文中首先建议用辐射压力来抵消重力但由于普通光源所产生的辐射压力极其微弱故无法实现,直至1960年激光的出现为光推动的实现提供了实验条件。1968年苏联光谱学家就首先提出利用光的力学效应来限制原子的思想。1986年A.A.shkin实现了对半径在10一25 μm之间的粒子稳定地俘获。

原理

科学家从理论上也证实了光束会产生推动力。按照光的微粒说,光束是一群光子。我们都知道,一束小颗粒落在物体表面,会给物体产生压力,显然,一群光子落在物体表面时对它产生压力也是很自然的事,根据光的波动说,入射光的磁场与它在被照射物体上产生的电流之间发生的相互作用,也形成对物体的作用力。我们平时没有察觉光有推动力,那是因为普通光源发射的光强度不高,产生的推动力太微弱。

应用

中国在石墨烯应用领域探索中获得重大发现,石墨烯在光作用下的运动现象,这一发现可作为新的太空动力来源,作为一种新的发电装置都成为了可能。经过反复实验与论证,北京碳世纪科技有限公司展现了这项重大应用发现,并成功研制了该项装置,充分展示了石墨烯材料的“光推动”现象。碳的单原子层结构可以将光能转换为动能。具体表现为将光束垂直向上照射玻璃管中的石墨烯球底部,随着光强逐渐由小变大,石墨烯球开始向上移动,最终在光强稳定时,石墨烯球停止向上移动,呈现光悬浮现象,其克服重力作用并与原来位置产生一定位移(10CM-80CM),在重力和管壁附着力的作用下“悬浮”在玻璃管中。

陈永胜教授课题组发现如同样现象,可以实现光对于宏观物体的直接操纵,石墨烯独特的结构和性质,以及材料的特殊形态,使得材料不仅可以吸收光,还可以产生运动,对于太阳帆的应用具有重要意义。

激光推进也是光推动的一个应用。自激光器发明以来,人们就一直期望利用激光方向性好、亮度高、衍射损失小和传输距离远的特点,用“激光推进”来取代传统的火箭发动机的化学推进,以提高火箭发动机的比推力和推力质量比率。

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